JP5023098B2 - Energy impulse generator for profiling systems - Google Patents

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Description

関連出願への言及Reference to related applications

本願は、米国特許法第119条に基づき2001年12月20日に出願されたカナダ特許出願第2,366,030号による優先権の利益を主張し、その開示内容は、あたかもその全文が記載されているものとして本明細書に組み込まれるものである。   This application claims the benefit of priority under Canadian Patent Application No. 2,366,030 filed on December 20, 2001, under Section 119 of the US Patent Act, the disclosure of which is as if it were in its entirety As incorporated herein.

本発明は、表面下に位置する媒体の非貫入検査の分野に関する。さらに詳しくは、本発明は、表面下の媒体の機械的特性決定を可能にする知的プロファイリングシステムに関する。   The present invention relates to the field of non-penetrating inspection of media located below the surface. More particularly, the present invention relates to an intelligent profiling system that allows the mechanical characterization of subsurface media.

例えば地球物理学的探査の分野で、非貫入技術は、これらの技術が非破壊的であるため、ボーリングを含む従来の現場検査技術の補足または代替として、探求され、開発されてきた。ボーリングが実行不可能な幾つかの場合、例えば粒状土では、そのような非貫入技術が、地下を探査する唯一の方法である。また、それらは一般的に費用効率がより高い。   For example, in the field of geophysical exploration, non-intrusive technologies have been explored and developed as a supplement or alternative to conventional field inspection techniques, including boring, because these technologies are non-destructive. In some cases where boring is not feasible, for example in granular soil, such non-intrusive techniques are the only way to explore the underground. They are also generally more cost effective.

非貫入技術はまた、様々な他の分野で表面下に位置する媒体を探査するために、例えば道路、橋、建物の鉄筋継手、コンクリート壁等の摩耗状態を評価するため、あるいは鉱業または軍用分野で地表下ポケットを検出するためにも、使用される。   Non-intrusive technology can also be used to explore subsurface media in a variety of other areas, for example to assess the wear conditions of roads, bridges, building rebar joints, concrete walls, etc., or in the mining or military fields Also used to detect subsurface pockets.

興味深いことに、表面波および特にレイリー波は、非貫入検査の分野で非常に有用である。技術的に周知の方法の一つに、例えば、貫入無く地下の剪断速度プロファイルを決定するために表面波を利用する、表面波のスペクトル解析(「SASW」)がある。この方法は一対のセンサ、少なくとも一つのインパルス源、および信号処理システムを含む。   Interestingly, surface waves and especially Rayleigh waves are very useful in the field of non-penetrating inspection. One method known in the art is surface wave spectral analysis ("SASW"), which utilizes surface waves to determine, for example, underground shear rate profiles without penetration. The method includes a pair of sensors, at least one impulse source, and a signal processing system.

表面波を使用するそのような技術は、例えば上記SASWの場合、二つのセンサ間の距離を変えることにより、かつ異なるインパルス源を使用することにより、広範囲の土壌の厚さの探査が可能であるが、その動作は一般的に、調査対象の地表下媒体に関する有用な情報を得るために、当該分野に熟達した高度熟練作業員による処置を必要とする。   Such a technique using surface waves, for example in the case of the SASW, allows exploration of a wide range of soil thicknesses by changing the distance between the two sensors and by using different impulse sources. However, its operation generally requires treatment by highly skilled workers skilled in the field to obtain useful information about the subsurface media under investigation.

したがって、当該分野における努力にもかかわらず、センサ、インパルス発生器、およびユーザ−演算インタフェースを備え、非熟練者による表示および使用のためにデータを収集し、解析し、処理することができる、表面下の媒体のプロファイリングを可能にするシステムが依然として求められている。   Thus, despite efforts in the field, surfaces with sensors, impulse generators, and user-computation interfaces that can collect, analyze and process data for display and use by non-experts There remains a need for a system that enables profiling of the underlying media.

したがって、本発明の目的は、改善されたプロファイリングシステムを提供することである。   Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved profiling system.

実施形態の一つでは、本発明は、表面下の媒体の特性決定を達成するためのプロファイリングシステムを含む。該プロファイリングシステムは、通信インタフェースを介してメッセージを交換する多数のシステム要素を含む。システム要素はエネルギインパルス発生器、検知アセンブリ、およびユーザ−演算インタフェースを含む。エネルギパルスを表面に伝達するための発生器は、メッセージを他のシステム要素と交換するための発生器通信手段を含む。検知アセンブリはセンサを含む。センサの各々は、エネルギパルスから生じる表面の加速度を検出し、加速度を表わす信号を発生するための加速度メータを含む。センサの各々はまた、通信インタフェースを介して加速度を表わす信号を送信し、他のシステム要素とメッセージを交換するためのインタフェース通信手段を含む。ユーザ−演算インタフェースは、通信インタフェースを介して加速度を表わす信号を受信し、他のシステム要素とメッセージを交換するためのインタフェース通信手段を含む。ユーザ−演算インタフェースはまた、加速度を表わす受信信号を処理して、表面下の媒体の特性決定を生成するためのインタフェースプロセッサをも含む。   In one embodiment, the present invention includes a profiling system for achieving subsurface media characterization. The profiling system includes a number of system elements that exchange messages over a communication interface. System elements include an energy impulse generator, a sensing assembly, and a user-computing interface. The generator for transmitting energy pulses to the surface includes generator communication means for exchanging messages with other system elements. The sensing assembly includes a sensor. Each of the sensors includes an accelerometer for detecting surface acceleration resulting from the energy pulse and generating a signal representative of the acceleration. Each of the sensors also includes interface communication means for transmitting a signal representative of acceleration via the communication interface and exchanging messages with other system elements. The user-computing interface includes interface communication means for receiving signals representative of acceleration via the communication interface and exchanging messages with other system elements. The user-computing interface also includes an interface processor for processing the received signal representative of the acceleration to generate a subsurface media characterization.

別の実施形態では、本発明は、表面における加速度を検出するためのセンサに関する。該センサは、通信インタフェースを介してコンピューティング手段とメッセージを交換する。センサは、加速度を表わす信号を出力するための加速度メータ、および送信回路を備えたインタフェースユニットを含む。インタフェースユニットは加速度を表わす信号を受信し、それをコンピューティング手段に送信するために変調する。   In another embodiment, the invention relates to a sensor for detecting acceleration at a surface. The sensor exchanges messages with the computing means via the communication interface. The sensor includes an accelerometer for outputting a signal representing acceleration and an interface unit including a transmission circuit. The interface unit receives a signal representative of acceleration and modulates it for transmission to the computing means.

別の実施形態では、本発明は、表面における加速度を検出するためのセンサに関する。センサは、通信インタフェースを介してコンピューティング手段とメッセージを交換する。センサは、加速度を表わす信号を出力するための加速度メータを備えた基板を含む。センサはさらに、基板に取り付けられた質量を含む。質量は加速に応答して移動する。センサはまた、ここ記載するインタフェースユニットをも含む。   In another embodiment, the invention relates to a sensor for detecting acceleration at a surface. The sensor exchanges messages with the computing means via the communication interface. The sensor includes a substrate with an accelerometer for outputting a signal representative of acceleration. The sensor further includes a mass attached to the substrate. The mass moves in response to acceleration. The sensor also includes an interface unit as described herein.

本発明は、その実施形態の一つにおいて、エネルギパルスを表面に伝達するためのエネルギインパルス発生器に関する。該発生器は、通信インタフェースを介してコンピューティング手段とメッセージを交換する。発生器はハウジングを含む。発生器はさらに、ハウジング内で少なくとも静止位置とラッチ位置と衝撃位置との間に可動に取り付けられた衝撃アセンブリをさらに含む。衝撃位置で、衝撃アセンブリはエネルギパルスを表面に伝達する。発生器はまた、衝撃アセンブリに取り付けられたエネルギ蓄積手段をも含む。ラッチ位置で、エネルギ蓄積手段は、指定量のエネルギの放出後、衝撃アセンブリがラッチ位置から衝撃位置に移動し、次いで静止位置に戻るように、指定された量のエネルギを衝撃アセンブリに放出することができる。該コンピューティング手段は、衝撃アセンブリへの指定量のエネルギの放出を制御する。   In one of its embodiments, the present invention relates to an energy impulse generator for transmitting energy pulses to a surface. The generator exchanges messages with computing means via a communication interface. The generator includes a housing. The generator further includes an impact assembly movably mounted within the housing between at least a stationary position, a latched position, and an impact position. At the impact location, the impact assembly transmits energy pulses to the surface. The generator also includes energy storage means attached to the impact assembly. In the latched position, the energy storage means releases a specified amount of energy to the impact assembly such that after the specified amount of energy is released, the impact assembly moves from the latched position to the impact position and then returns to the rest position. Can do. The computing means controls the release of a specified amount of energy to the impact assembly.

本発明の一実施形態に係るプロファイリングシステムの略図である。1 is a schematic diagram of a profiling system according to an embodiment of the present invention. 図1のプロファイリングシステムに使用される変位センサの斜視図である。It is a perspective view of the displacement sensor used for the profiling system of FIG. 図2の変位センサの平面図である。It is a top view of the displacement sensor of FIG. 図3の線4−4に沿って切った断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 図2の変位センサの基板の平面図である。It is a top view of the board | substrate of the displacement sensor of FIG. 図5の変位センサと等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the displacement sensor of FIG. 5. 図1のプロファイリングシステムに使用されるエネルギ衝撃発生器の略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an energy impact generator used in the profiling system of FIG. 1. 本発明の別の実施形態に係るセンサのブロック図である。It is a block diagram of the sensor concerning another embodiment of the present invention.

一般に、本発明のシステムは、表面下に位置する媒体の機械的性質の非貫入型物理解析、およびその結果の表示を可能にする。   In general, the system of the present invention allows non-intrusive physical analysis of the mechanical properties of media located below the surface and display of the results.

表面による直接探査とは分離されるそのような媒体は、地下、コンクリート壁の厚さ、鉄筋継手の厚さ、および類似物とすることができる。例証を目的として、地球物理学的検査を扱う実施形態を使用して、本発明を説明する。したがって、以下では、調査される媒体はその表面を介した地下の地表下領域である。   Such media separated from direct surface exploration can be underground, concrete wall thickness, reinforced joint thickness, and the like. For purposes of illustration, the invention will be described using an embodiment dealing with geophysical examination. Therefore, in the following, the investigated medium is the underground subsurface area through its surface.

より正確には、本発明のシステムは、インパルスの発生器によって発生される励振によって検査対象の地表下領域に誘発される、剪断波の速度を検出するセンサを利用する。   More precisely, the system of the present invention utilizes a sensor that detects the velocity of the shear wave induced in the subsurface area to be examined by the excitation generated by the impulse generator.

添付図面の図1に基づき、本発明の実施形態に係るシステムを説明する。   A system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 of the accompanying drawings.

基本的には、システム10は三つのユニットまたはシステム要素、すなわち検知アセンブリ12、エネルギインパルス発生器14(以下、EIGと呼ぶ)、およびユーザ−演算インタフェース16(以下、UCIと呼ぶ)を含む。   Basically, the system 10 includes three units or system elements: a sensing assembly 12, an energy impulse generator 14 (hereinafter referred to as EIG), and a user-computing interface 16 (hereinafter referred to as UCI).

図1から分かるように、検知アセンブリ12は、表面20の様々な位置に配置された変位センサ18を含む。検知アセンブリ12は、種々な位置に連続して配置される複数のセンサ18を含む。本発明に係るシステム10の特定の実施形態では、検知アセンブリ12は四つのセンサ18を含むが、センサの個数は他にも設定可能である。センサ18の役割は、エネルギインパルス発生器14によって表面20に発生する衝撃のバーストに応答する変位を検出することである。   As can be seen from FIG. 1, the sensing assembly 12 includes displacement sensors 18 disposed at various locations on the surface 20. The sensing assembly 12 includes a plurality of sensors 18 that are arranged sequentially at various locations. In a particular embodiment of the system 10 according to the present invention, the sensing assembly 12 includes four sensors 18, although the number of sensors can be set in other ways. The role of the sensor 18 is to detect displacement in response to a burst of impact generated on the surface 20 by the energy impulse generator 14.

検知アセンブリ12の変位センサ18の各々およびエネルギインパルス発生器14は、通信インタフェース21によってユーザ−演算インタフェース16に接続される。センサ18をユーザ−演算インタフェース16に相互接続するために、多くの様々な技術を使用することができる。例えば、通信インタフェース21は符号22で図1に示す光ファイバケーブル、同軸ケーブル、多心ケーブル、オプティカルリンク、RFリンクを含むことができる。代替的に、通信インタフェース21として多重化手段を採用してもよい。通信インタフェース21は、命令および/またはデータを含むメッセージをシステム要素間で中継するために使用される。   Each of the displacement sensors 18 of the sensing assembly 12 and the energy impulse generator 14 are connected to the user-computing interface 16 by a communication interface 21. Many different techniques can be used to interconnect the sensor 18 to the user-computing interface 16. For example, the communication interface 21 may include an optical fiber cable, a coaxial cable, a multi-core cable, an optical link, and an RF link indicated by reference numeral 22 in FIG. Alternatively, multiplexing means may be employed as the communication interface 21. The communication interface 21 is used to relay messages including instructions and / or data between system elements.

図2ないし4に示すように、センサ18はハウジング内で保護される。ハウジングは、上蓋25によって閉じられるプレート27およびケーシング24を含む。表面20は硬すぎないので、変位センサ18は、プレート27に装着されたねじ具によって表面20に取り付けられ、その上にケーシング24を挿入して、プレート27の縁28によって固定することができる(図2a参照)。代替的に、表面20が硬すぎる場合、接着剤29によって、または単に表面20上に置くだけで、プレート27をそれに固定することができる(図2b参照)。   As shown in FIGS. 2-4, the sensor 18 is protected within the housing. The housing includes a plate 27 and a casing 24 that are closed by an upper lid 25. Since the surface 20 is not too hard, the displacement sensor 18 can be attached to the surface 20 by screws mounted on the plate 27 and a casing 24 can be inserted over it and secured by the edge 28 of the plate 27 ( See FIG. 2a). Alternatively, if the surface 20 is too hard, the plate 27 can be secured to it by an adhesive 29 or simply by placing it on the surface 20 (see FIG. 2b).

ケーシング24は、通信インタフェース21の接続線22(図1参照)によってユーザ−演算インタフェース16に接続するための通信コネクタ30を備えている(図3参照)。   The casing 24 includes a communication connector 30 (see FIG. 3) for connecting to the user-computation interface 16 through a connection line 22 (see FIG. 1) of the communication interface 21.

上蓋25は、ケーシング24に取り付けられた衝撃吸収要素32’および減衰要素34’に対して対称的に配置された衝撃吸収要素32および減衰要素34をも支持し、かつ、任意ではあるが通信アンテナ36またはオプティカル拡散器(図示せず)をも支持することに注意されたい。   The top lid 25 also supports a shock absorbing element 32 and a damping element 34 disposed symmetrically with respect to the shock absorbing element 32 'and the damping element 34' attached to the casing 24, and optionally a communication antenna. Note that it also supports 36 or optical diffusers (not shown).

半導体基板42は、図4の断面図に示すように、ケーシング24内で保護される。質量38は、歪みゲージ44ならびに抵抗器46および48(図5に示す)を支持する半導体基板42の開口40内に支持される。質量38は加速に応答して移動する。当業者に明らかなように、表面20の下の地表下領域に発生する剪断波によって誘発される質量38の移動は、半導体基板42に歪みを生じる。   The semiconductor substrate 42 is protected in the casing 24 as shown in the cross-sectional view of FIG. Mass 38 is supported within opening 40 of semiconductor substrate 42 that supports strain gauge 44 and resistors 46 and 48 (shown in FIG. 5). Mass 38 moves in response to acceleration. As will be apparent to those skilled in the art, the movement of the mass 38 induced by shear waves generated in the subsurface region below the surface 20 causes the semiconductor substrate 42 to be distorted.

半導体基板42およびそれが支持する要素(質量38、歪みゲージ44、抵抗器46等)を広義に加速度メータまたは加速度メータアセンブリまたはユニットと呼ぶことができる。加速度メータは広義に、その応答がそれと接触している物質(例えばこの場合は表面)の加速に線形的に比例する装置と定義することができる。加速度メータまたはセンサ18は表面と直接接触する必要は無い。他の中間要素または媒体を介した接触も可能である。   The semiconductor substrate 42 and the elements it supports (mass 38, strain gauge 44, resistor 46, etc.) can be broadly referred to as an accelerometer or accelerometer assembly or unit. An accelerometer can be broadly defined as a device whose response is linearly proportional to the acceleration of a substance (eg, a surface in this case) in contact with it. The accelerometer or sensor 18 need not be in direct contact with the surface. Contact via other intermediate elements or media is also possible.

図6に示すように、変位センサ18と同等の回路は、四つの歪みゲージ44および二つの抵抗器46を含み、ホイートストンブリッジを形成する。ブリッジの一方の対角点はDC電圧源50に接続され、ブリッジのもう一方の対角点は歪み検出回路の出力として働き、増幅装置52に接続される。後述するように、歪みゲージ44は、半導体基板42の機械的変形を電気信号(または他の種類の情報支持信号)に変換するためのトランスデューサとして使用される。抵抗器48は、後述するように、校正目的に使用される。   As shown in FIG. 6, a circuit equivalent to the displacement sensor 18 includes four strain gauges 44 and two resistors 46 to form a Wheatstone bridge. One diagonal point of the bridge is connected to the DC voltage source 50, and the other diagonal point of the bridge serves as an output of the distortion detection circuit and is connected to the amplifying device 52. As will be described later, the strain gauge 44 is used as a transducer for converting mechanical deformation of the semiconductor substrate 42 into an electrical signal (or other type of information support signal). The resistor 48 is used for calibration purposes, as will be described later.

歪みゲージ44は、質量38によって変位センサ18に伝達される検査対象の地表下領域の動きを記録するために使用される。それらは、マッチ抵抗器46によって温度補償される。図5のセンシング回路の高い対称性は、広範囲の温度にわたるホイートストンブリッジの平衡化を可能にすることによって、温度補償にも寄与する。   The strain gauge 44 is used to record the movement of the subsurface area to be inspected that is transmitted to the displacement sensor 18 by the mass 38. They are temperature compensated by the match resistor 46. The high symmetry of the sensing circuit of FIG. 5 also contributes to temperature compensation by allowing the Wheatstone bridge to be balanced over a wide range of temperatures.

歪みゲージ44は、基板42上に堆積した材料を直接エッチングすることによって、半導体基板42の上面に固着することができる。当業界で公知の技術による半導体基板42の直接エッチングは、温度の不一致の最小化、したがって応力集中の最小化と共に、歪みゲージ44の完全な配置を保証し、こうして非常に高感度の変位センサ18の製造が可能になる。   The strain gauge 44 can be fixed to the upper surface of the semiconductor substrate 42 by directly etching the material deposited on the substrate 42. Direct etching of the semiconductor substrate 42 by techniques known in the art assures complete placement of the strain gauge 44, with minimal temperature mismatch and thus minimal stress concentration, and thus a very sensitive displacement sensor 18. Can be manufactured.

変位センサ18は、さらに図4に示したインタフェースボード53(本書ではインターフェースユニットとも呼ぶ)を含み、このボードは通信コネクタ30および/またはアンテナ36に接続された必要な通信回路を支持する。通信回路の一つは、表面加速度を表わす信号(例えばホイートストンブリッジから得られた)を変調する機能を果たす。変調は、通信インタフェース21を介して送信するように準備するための信号の任意の変換を含む。図6に示すように、変位センサ18はさらにA−D変換器47、送信回路49(センサ通信手段とも呼ばれる)、および制御回路57を含んでいてもよい。制御回路57は、事前設定された値への校正中に、増幅装置52の増幅レベルおよびそのオフセットを調整するために、電力管理に使用される。ホイートストンブリッジからの信号を変化させるために、周波数フィルタリング手段(図示せず)ならびに補償および線形化手段(図示せず)を基板42に追加してもよい。本発明の実施形態では、基板42はメモリ手段およびプロセッサ(いずれも図2〜6に図示せず)をも含む。制御装置57は、A−D変換器47のダイナミックレンジを設定することもできる。   The displacement sensor 18 further includes an interface board 53 (also referred to herein as an interface unit) shown in FIG. 4, which supports the necessary communication circuits connected to the communication connector 30 and / or the antenna 36. One of the communication circuits serves to modulate a signal representing surface acceleration (eg, obtained from a Wheatstone bridge). Modulation includes any transformation of the signal to prepare for transmission via the communication interface 21. As shown in FIG. 6, the displacement sensor 18 may further include an A / D converter 47, a transmission circuit 49 (also referred to as sensor communication means), and a control circuit 57. The control circuit 57 is used for power management to adjust the amplification level of the amplification device 52 and its offset during calibration to a preset value. Frequency filtering means (not shown) and compensation and linearization means (not shown) may be added to the substrate 42 to change the signal from the Wheatstone bridge. In an embodiment of the present invention, the substrate 42 also includes memory means and a processor (both not shown in FIGS. 2-6). The control device 57 can also set the dynamic range of the AD converter 47.

言うまでもなく、回路の種類は、部分的に変位センサ18とユーザ−演算インタフェース16との間の通信インタフェース21の通信22の種類に依存する。   Needless to say, the type of circuit depends in part on the type of communication 22 of the communication interface 21 between the displacement sensor 18 and the user-computation interface 16.

変位センサ18には、外部から、或いは半導体基板42の下に配置されたバッテリのような一体化電源54によって(図4参照)内部から、電力を供給する。そのようなバッテリは、ケーシング内のどこでも便利な場所に、またはケーシング24の外部の特別ケーシング内に配置することができる。本発明の別の実施形態では、センサ18には高周波信号によって外部から電力を供給してもよい。   Electric power is supplied to the displacement sensor 18 from the outside or from the inside by an integrated power supply 54 such as a battery disposed under the semiconductor substrate 42 (see FIG. 4). Such a battery can be placed anywhere convenient within the casing or in a special casing outside the casing 24. In another embodiment of the present invention, power may be supplied to the sensor 18 from the outside by a high frequency signal.

図2aおよび2bに関連して上述したとおり、各変位センサ18は単に表面20に載置するか、あるいは接着剤29によって底に固定するか(図2b)、あるいはねじ具26によって固定することができる(図2a)。   As described above in connection with FIGS. 2 a and 2 b, each displacement sensor 18 may simply be placed on the surface 20, fixed to the bottom with an adhesive 29 (FIG. 2 b), or fixed with a screw 26. Yes (Figure 2a).

上蓋25に取り付けられた減衰要素34、およびケーシング24に取り付けられた対応する減衰要素34’は、弾性またはゲル状材料から作成することができる。広範囲の温度にわたるエネルギの一定吸収を確実にすることによって、かつそれらが例えばネオプレンまたはシリコーンのような疲労に対する耐性を有する材料から作成されることを前提として、それらは減衰率を最適化し、信号の品質を最大限に改善する。   The damping element 34 attached to the top lid 25 and the corresponding damping element 34 'attached to the casing 24 can be made from an elastic or gel-like material. By ensuring constant absorption of energy over a wide range of temperatures and assuming that they are made from materials that are resistant to fatigue, such as neoprene or silicone, they optimize the attenuation rate and Maximize quality.

実際、振幅および位相歪みに関して評価した変位センサ18の性能は、主として装置の拡大率および減衰率に依存する。   In fact, the performance of the displacement sensor 18 evaluated with respect to amplitude and phase distortion depends mainly on the magnification and attenuation rate of the device.

衝撃吸収パッド32および32’は、例えば取扱い中に変位センサ18を過度の衝撃から保護するのに効果的である。   The shock absorbing pads 32 and 32 'are effective to protect the displacement sensor 18 from excessive shock, for example during handling.

変位センサ18を密封し、かつ有害な環境から保護するために、蓋25とケーシング24との間に、熱可塑性、弾性、シール材、またはゴム継手55が設けられる(図4参照)。   In order to seal the displacement sensor 18 and protect it from harmful environments, a thermoplastic, elastic, sealing material or rubber joint 55 is provided between the lid 25 and the casing 24 (see FIG. 4).

本発明の変位センサ18は、一体化された歪みゲージ44、増幅手段52、および制御回路57を有する半導体基板を含み、ノイズ対信号比およびしたがってUIC16への送信中の信号の汚染を低減することができる。必要に応じて、変位センサ18がA−Dインバータ47を含む場合には、送信時のノイズ対信号比をさらに低減する。   The displacement sensor 18 of the present invention includes a semiconductor substrate with an integrated strain gauge 44, amplification means 52, and control circuit 57 to reduce noise to signal ratio and thus signal contamination during transmission to the UIC 16. Can do. If necessary, when the displacement sensor 18 includes the AD inverter 47, the noise-to-signal ratio during transmission is further reduced.

さらに、半導体歪みゲージ44の使用により、従来の箔歪みゲージを使用することによって得られるより優れた利得を達成することが可能であることを、当業者なら認識するであろう。   In addition, those skilled in the art will recognize that the use of the semiconductor strain gauge 44 can achieve better gains obtained by using conventional foil strain gauges.

また、質量38を使用することにより、歪みゲージアセンブリの感応性、すなわち測定能力を高めるのに貢献する。   Also, the use of the mass 38 contributes to increasing the sensitivity of the strain gauge assembly, i.e. the measurement capability.

当業界で一般的に知られているように、本開示に係る変位センサ18は、次のように動作する。加速度の無い状態で電力が回路に供給されると、基板42は歪まず、歪みゲージ44の抵抗はその当初のレベルに維持されるので、回路の出力信号は零である。加速が発生すると、質量38に外力が加わり、それによって基板42の変形を引き起こし、結果的に、基板42が曲り、歪みゲージ44が変形するので、抵抗要素の電気抵抗値の変化が生じる。この変形は歪みゲージ44の公称抵抗を変化させ、ホイートストーンブリッジの平衡状態を破らせ、回路の電圧出力を発生させる。この出力電圧を解析すれば、検査対象の地表下領域の特性決定を得ることは、当業者なら理解できるであろう。   As is generally known in the art, the displacement sensor 18 according to the present disclosure operates as follows. When power is supplied to the circuit in the absence of acceleration, the substrate 42 does not distort and the resistance of the strain gauge 44 is maintained at its original level, so the circuit output signal is zero. When acceleration occurs, an external force is applied to the mass 38, thereby causing the substrate 42 to be deformed. As a result, the substrate 42 is bent and the strain gauge 44 is deformed, resulting in a change in the electric resistance value of the resistance element. This deformation changes the nominal resistance of the strain gauge 44, breaks the equilibrium of the Wheatstone bridge and generates the voltage output of the circuit. Those skilled in the art will understand that by analyzing this output voltage, characterization of the subsurface area to be inspected can be obtained.

添付の図7を参照して、エネルギインパルス発生器14について説明する。   The energy impulse generator 14 will be described with reference to FIG.

エネルギインパルス発生器14は、エネルギを蓄積し、かつラッチ66を介して衝撃ヘッドアセンブリ64を引き寄せるように、モータアセンブリ62によって圧縮状態にセットされたばね60を含む。衝撃ヘッドアセンブリ64は、ラッチ66を引っ張るソレノイド68を起動することによって解放され、それによって衝撃ヘッドアセンブリ64がアンロックされ、ばね60の伸展が可能になる。   The energy impulse generator 14 includes a spring 60 that is set in compression by the motor assembly 62 to store energy and draw the impact head assembly 64 through the latch 66. The impact head assembly 64 is released by activating a solenoid 68 that pulls the latch 66, thereby unlocking the impact head assembly 64 and allowing the spring 60 to extend.

ばね60の動力源は、本実施形態ではモータアセンブリ62として例示されているが、空圧式、油圧式、電気式、または機械式供給源とすることができることは明らかであろう。   The power source of the spring 60 is illustrated as a motor assembly 62 in this embodiment, but it will be apparent that it can be a pneumatic, hydraulic, electrical, or mechanical source.

ばね60は、衝撃ヘッドアセンブリ64の慣性に対抗するものであり、衝撃時に衝撃を与え、また、衝撃ヘッドアセンブリ64が衝撃後に跳ね返るのを防止するための手段としても使用される。   The spring 60 opposes the inertia of the impact head assembly 64, applies an impact at the time of impact, and is also used as a means for preventing the impact head assembly 64 from rebounding after impact.

例えばラッチ66に配置された歪みゲージ回路63(より広義に歪み測定装置とも呼ばれる)、または衝撃ヘッドアセンブリ64に配置された加速度メータ67は、UCI16によってEIG14の制御回路に送信されたエネルギコマンドと比較することによって、ばね60に蓄積されたエネルギを監視するために使用される。   For example, a strain gauge circuit 63 (also referred to as a strain measuring device in a broader sense) disposed in the latch 66 or an accelerometer 67 disposed in the impact head assembly 64 is compared with the energy command transmitted by the UCI 16 to the control circuit of the EIG 14. Is used to monitor the energy stored in the spring 60.

緩衝器72は、エネルギインパルス発生器14が解析対象の要素に対する衝撃ヘッドアセンブリ64の衝撃によるエネルギのバーストを伝達する間に発生する衝撃を吸収するために設けられる。   A shock absorber 72 is provided to absorb shocks that occur while the energy impulse generator 14 transmits a burst of energy due to the impact of the impact head assembly 64 on the element under analysis.

制御回路(図示せず)は、エネルギ発生量およびEIG14の全体的動作を監視することを可能にする。EIG14はまた、EIG14を動作させかつ管理するプロセッサおよびメモリ手段のような他の回路(図示せず)をも含むことができる。メモリ手段は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、電気的消去可能なプログラマブルROM(EEPROM)等のような様々な型のメモリを含む。RAMは計算中にデータ格納のため、およびタイムスタンプ記録(プロセッサ84またはセンサユニットから、伝達または中継される)のために使用される。ROMは初期化コード、始動シーケンス等を含む。EEPROMは演算アルゴリズム、テーブル、センサ識別等を含むことができる。EEPROMデータは通信インタフェース21を介して受け取ることができる。   A control circuit (not shown) makes it possible to monitor the amount of energy generation and the overall operation of the EIG 14. The EIG 14 may also include other circuitry (not shown) such as a processor and memory means for operating and managing the EIG 14. The memory means includes various types of memory such as random access memory (RAM), read only memory (ROM), electrically erasable programmable ROM (EEPROM) and the like. The RAM is used for data storage during calculations and for timestamp recording (transmitted or relayed from the processor 84 or sensor unit). The ROM includes an initialization code, a startup sequence, and the like. The EEPROM can include arithmetic algorithms, tables, sensor identification, and the like. The EEPROM data can be received via the communication interface 21.

電源パック65はバッテリを保持するために設けられるが、EIG14の全体重量を増加させる。電源パック65は再充電可能なバッテリを含むことができる。バッテリは接触または無接触方式(例えばRFを介して)で再充電することができる。直接ケーブル給電による電力供給も選択肢として可能である。   The power pack 65 is provided to hold the battery, but increases the overall weight of the EIG 14. The power pack 65 can include a rechargeable battery. The battery can be recharged in a contact or contactless manner (eg, via RF). Power supply by direct cable feeding is also possible as an option.

EIG14は、ねじ具26、または変位センサ18に使用されるのと基本的に同様であって後述する取付け手段を使用して、表面20に固定される。取付け手段の他の例としては、錘、磁性体、接着剤、「ラムセット」または爆薬駆動型固定手段等があり、これらの取付け手段をセンサ18のために用いてもよい。   The EIG 14 is basically the same as that used for the screw 26 or the displacement sensor 18, and is fixed to the surface 20 using attachment means described later. Other examples of attachment means include weights, magnetic bodies, adhesives, “ram sets” or explosive driven fixation means, and these attachment means may be used for the sensor 18.

衝撃発生の上記プロセスを起動させるためのエネルギは、ユーザ−演算インタフェース16(UCI)からケーブル、光信号、または高周波信号を介してEIG14に伝達されるコマンドを受けてから放出される。このコマンドは、機構のローディングおよびアンローディング、並びにEIG14によるエネルギパルスの送出をトリガする。   Energy for activating the above process of shock generation is released after receiving a command transmitted from the user-computing interface 16 (UCI) to the EIG 14 via a cable, an optical signal, or a high frequency signal. This command triggers the loading and unloading of the mechanism and the delivery of energy pulses by the EIG 14.

図1に例示したユーザ−演算インタフェース(UCI)16は、多数のサブシステム、すなわちキーボード、電源および機能キー、ディスプレイスクリーンおよび/またはタッチスクリーンおよび/または音声認識装置を含むユーザインタフェースシステムと、プリンタ(図示せず)など他の出力装置への接続を可能にする機器インタフェース、EIGとのインタフェースシステムと、検知アセンブリ12の変位センサ18からデータを収集するための信号収集システムと、計算を実行し様々なインタフェースを一緒に管理する処理システムと、他のコンピュータへの接続を可能にするコンピュータインタフェースシステムとを含む。   The user-computation interface (UCI) 16 illustrated in FIG. 1 includes a number of subsystems: a user interface system including a keyboard, power and function keys, a display screen and / or a touch screen and / or a voice recognition device, and a printer ( An instrument interface that allows connection to other output devices (not shown), an interface system with the EIG, a signal acquisition system for collecting data from the displacement sensor 18 of the sensing assembly 12, and various calculations A processing system that manages various interfaces together and a computer interface system that allows connection to other computers.

言うまでもなく、UCI16は、例えばエネルギインパルス発生器14および変位センサ18を制御し、かつ検知アセンブリ12の変位センサ18からデータを収集して格納することができるプログラムまたはアルゴリズムを格納する。さらに、このプログラムは、収集したデータを解析して、表面下の媒体の幾つかの特性または特徴を算出し、それを表示することができる。   Of course, the UCI 16 stores a program or algorithm that can control, for example, the energy impulse generator 14 and the displacement sensor 18 and collect and store data from the displacement sensor 18 of the sensing assembly 12. In addition, the program can analyze the collected data to calculate and display some properties or characteristics of the subsurface media.

様々なアセンブリの各々は、自立的に動作するか、あるいは中央装置によって電力を供給される。   Each of the various assemblies operates independently or is powered by a central device.

最も興味深いことは、UCI16に格納されたプログラムおよびソフトウェアを前提として、本発明のシステムは様々な応用分野で使用できることである。   Most interesting is that, given the programs and software stored in UCI 16, the system of the present invention can be used in a variety of applications.

例えば、土質検査の分野では、鉱業で本発明のシステムを使用して、地下のポケットまたは断層を検知することができる。さらなる例として、軍事的分野で、効果的な爆破位置決定または地下壕の発見を目的として、地形の地質学的構造を調査するために、本発明のシステムを使用することができる。本発明のシステムは、いわゆるJTIDS(「統合戦術情報分配システム」)のようなシステムにデータを供給するために使用することができる。   For example, in the field of soil testing, mining can use the system of the present invention to detect underground pockets or faults. As a further example, the system of the present invention can be used in the military field to investigate the geological structure of terrain for the purpose of effective blast location or discovery of underground bunker. The system of the present invention can be used to supply data to a system such as the so-called JTIDS ("Integrated Tactical Information Distribution System").

加えて、当業者なら、GPSまたはジャイロスコープシステムを追加して、検知アセンブリ12の各変位センサ18およびEIG14を位置決めする可能性も予想できるであろう。一つの可能な用途は、地下空洞の識別およびその空間座標の決定に関連する。グローバル測位システム(GPS)の使用により、地下に隠された隠れ家、施設等に使用することのできる場所をマップするアルゴリズムを、UCI16に導入することができる。特に軍事用途では、空洞または地下に隠された領域の損害を最大にするために、ペイロードの戦略的分配をそれに従って計画することができるように、アルゴリズムは構造上の欠陥を検出することもできる。   In addition, one of ordinary skill in the art would be able to anticipate the possibility of adding a GPS or gyroscope system to position each displacement sensor 18 and EIG 14 of the sensing assembly 12. One possible application relates to the identification of underground cavities and the determination of their spatial coordinates. Through the use of the Global Positioning System (GPS), an algorithm can be introduced into UCI 16 that maps locations that can be used for hideouts, facilities, etc. hidden underground. Especially in military applications, the algorithm can also detect structural flaws so that the strategic distribution of payload can be planned accordingly to maximize damage to cavities or hidden areas underground .

適切なアルゴリズムがUCI16に含まれることを前提として、本発明のシステム10を使用することのできる可能な用途の別の分野は、長距離または大きい深さにわたって伝播する低周波剪断波の特性を利用する通信分野である。そのような特定のユーザ−演算インタフェース16は、単方向または双方向通信を実行し、地表面の変位を検知し、識別し、位置を突き止めることができる。この種の用途では、システム10は地中に様々な周波数のエネルギを誘発し、結果的に地上波を発生させる電子機械装置を送信機として使用する。高周波は短距離しか伝わらないが、低周波剪断波は地中深くに、かつ長距離にわたって伝播するので、通信信号は周波数および相対振幅を変調したエネルギ信号から成り、当該信号によって予め定められた通信プロトコルを開始し、送信し、終了させる。複雑な地球物理環境によって生じる様々な反射のため、送信信号はその途中で時間および周波数ドメインでスクランブルされる。受信端で使用される検知アセンブリ12はUCI16と共に、この信号のスクランブルを解いて、周波数ドメインおよび経時的なその変動を再構成する。その高周波成分は、信号源を確実に突き止めるための手段として使用される。   Given that a suitable algorithm is included in UCI 16, another area of possible application where system 10 of the present invention can be used is to take advantage of the characteristics of low frequency shear waves propagating over long distances or large depths. It is a communication field. Such a specific user-computing interface 16 can perform unidirectional or bidirectional communication to detect, identify and locate the ground surface displacement. In this type of application, the system 10 uses an electromechanical device as a transmitter that induces various frequencies of energy in the ground, resulting in the generation of terrestrial waves. High-frequency waves travel only for short distances, but low-frequency shear waves propagate deeper in the ground and over longer distances, so the communication signal consists of an energy signal whose frequency and relative amplitude are modulated. Start, send, and end the protocol. Due to the various reflections caused by the complex geophysical environment, the transmitted signal is scrambled in the time and frequency domains along the way. The sensing assembly 12 used at the receiving end, along with the UCI 16, unscrambles this signal to reconstruct the frequency domain and its variation over time. The high frequency component is used as a means for reliably locating the signal source.

加えて、変位センサ18の分配配置により、軍隊、移動車両、または地上の衝撃によって発生する放射体または信号源の位置の三角測量を可能にする。入力信号を再構成して、UCI16はパターン認識データベースを処理してシグネチャを照合し、信号発生源を識別することができる。   In addition, the distribution arrangement of the displacement sensor 18 allows triangulation of the position of a radiator or signal source generated by an army, a moving vehicle, or a ground impact. Reconstructing the input signal, UCI 16 can process a pattern recognition database to verify the signature and identify the signal source.

図8は、本発明の別の実施形態に係るセンサ80を示されている。センサ80は加速度メータ88を含み、それからの応答は、センサ80が接触している表面20の加速度に関係する。加速度メータ88は歪みゲージ、コンデンサ、または圧電素子を含むことができる。加速度メータ88は従来型の加速度メータとすることができるが、超小型電子機械装置(MEMS)またはナノ電気機械システム(NEMS)のような他の技術も利用することができる。   FIG. 8 shows a sensor 80 according to another embodiment of the present invention. The sensor 80 includes an accelerometer 88 and the response therefrom is related to the acceleration of the surface 20 with which the sensor 80 is in contact. The accelerometer 88 can include a strain gauge, a capacitor, or a piezoelectric element. The accelerometer 88 can be a conventional accelerometer, but other technologies such as microelectromechanical devices (MEMS) or nanoelectromechanical systems (NEMS) can also be utilized.

加速度メータ88によって生成される加速度を表わす信号(電気または他の同等のメッセージ搬送型の信号)は、増幅器90に送られる。例示された実施形態では、増幅器90は自動利得増幅器である。増幅器90は、センサ80のダイナミックレンジを増大するように働く。増幅器90の利得はプロセッサ84に伝送され、それは次にRF通信回路102によって送られた信号を処理する。   A signal representing the acceleration generated by the accelerometer 88 (electrical or other equivalent message-carrying signal) is sent to the amplifier 90. In the illustrated embodiment, amplifier 90 is an automatic gain amplifier. The amplifier 90 serves to increase the dynamic range of the sensor 80. The gain of amplifier 90 is transmitted to processor 84, which in turn processes the signal sent by RF communication circuit 102.

増幅器90の後、信号は低域フィルタ92に送られる。低域フィルタ92は周波数ドメインのスペクトルエイリアシング(spectral aliasing)および時間ドメインの歪みを除去する。サンプルアンドホールド装置94は次いで信号を受け取り、それをサンプリングし、かつA−D変換器96がアナログ信号をデジタル信号に変換するのに充分な時間それを保持する。   After amplifier 90, the signal is sent to low pass filter 92. Low pass filter 92 removes frequency domain spectral aliasing and time domain distortion. Sample and hold device 94 then receives the signal, samples it, and holds it for a time sufficient for AD converter 96 to convert the analog signal to a digital signal.

第二の組の加速度メータ(図示せず)、増幅器(図示せず)、および低域フィルタ(図示せず)を上記第一の組と並列に追加し、サンプルアンドホールド装置94に信号を供給してもよいことは当業者なら理解するであろう。上記センサ80はサンプル加速度メータとして働く。加速度メータ88の軸に対し直角の軸の加速度を拾うように第二の加速度メータを配置すると、センサ80は傾斜メータになる。本発明のさらに別の実施形態では、センサ80は、上記第一および第二の組と並列に、第三の組の加速度メータ(図示せず)、増幅器(図示せず)、および低域フィルタ(図示せず)を追加し、サンプルアンドホールド装置94に信号を供給するようにしてもよい。加速度メータ88および第二の加速度メータの両方の軸に対し直角の軸の加速度を拾うように第三の加速度メータを配置すると、センサ80はジャイロスコープになる。   A second set of accelerometers (not shown), an amplifier (not shown), and a low pass filter (not shown) are added in parallel with the first set to provide a signal to the sample and hold device 94. Those skilled in the art will appreciate that this may be done. The sensor 80 serves as a sample accelerometer. When the second accelerometer is placed so as to pick up the acceleration at an axis perpendicular to the axis of the accelerometer 88, the sensor 80 becomes an inclinometer. In yet another embodiment of the present invention, sensor 80 includes a third set of accelerometers (not shown), an amplifier (not shown), and a low pass filter in parallel with the first and second sets. (Not shown) may be added to supply a signal to the sample and hold device 94. When the third accelerometer is positioned to pick up acceleration at an axis perpendicular to the axes of both accelerometer 88 and second accelerometer, sensor 80 becomes a gyroscope.

加速度メータ88によって出力される加速度を表わす信号を時間積分すれば、速度を算出することができることは当業者なら理解するであろう。また、速度を時間積分することによって距離を算出することもできる。これらの計算はプロセッサ84で行なうことができる。   Those skilled in the art will appreciate that the velocity can be calculated by time integrating the signal representing the acceleration output by the accelerometer 88. The distance can also be calculated by integrating the speed over time. These calculations can be performed by the processor 84.

図8に示した実施形態に戻って、A−D変換器96からの信号は、望ましくない周波数を除去する低域フィルタ98に送られる。低域フィルタ98は、A−D変換器96内に組み込むこともできる。(振幅または位相の)歪みを除去するために、信号は次いで補償および線形化装置100で補償され、線形化される。補償および線形化装置100は、周波数成分に関して一様な性能を保証するために信号を線形化し、線形化装置100はまた信号の周波数スペクトルを広げる。   Returning to the embodiment shown in FIG. 8, the signal from the A-D converter 96 is sent to a low pass filter 98 which removes unwanted frequencies. The low pass filter 98 can also be incorporated in the A-D converter 96. In order to remove distortion (amplitude or phase), the signal is then compensated and linearized by the compensation and linearizer 100. Compensation and linearizer 100 linearizes the signal to ensure uniform performance with respect to frequency components, and linearizer 100 also broadens the frequency spectrum of the signal.

信号は最終的に通信回路102に送られる。通信回路102は、命令および/またはデータを含むメッセージを、通信インタフェース21を介してUCI16または検知アセンブリ12と同様の検知アセンブリ12内の他のセンサ80(図示せず)に対して送受信する。典型的な命令としては、リセット、初期化、ダウンロード、新しいアルゴリズム、線形化、補償および識別パラメータ(送信またはダウンロード)、校正、送信モード(例えば直接、ネットワーク)、サンプリングの開始、エネルギ節約等がある。ネットワークモード時に、通信プロトコルが、データをセンサからセンサへ転送し、最終的にUCI16に転送するのに最適な経路を確立する。センサ80はしたがってデータリレーとして働くことができる。通信回路102は電磁干渉から保護することができる。本発明の実施形態では、各センサ80はそれ自体のインターネットプロトコル(IP)アドレスを持ち、それに従ってアドレス指定される。   The signal is finally sent to the communication circuit 102. The communication circuit 102 sends and receives messages including instructions and / or data to the UCI 16 or other sensors 80 (not shown) in the sensing assembly 12 similar to the sensing assembly 12 via the communication interface 21. Typical instructions include reset, initialization, download, new algorithm, linearization, compensation and identification parameters (transmit or download), calibration, transmit mode (eg direct, network), start sampling, energy saving, etc. . During network mode, the communication protocol establishes an optimal path for transferring data from sensor to sensor and ultimately to UCI 16. Sensor 80 can therefore act as a data relay. The communication circuit 102 can be protected from electromagnetic interference. In an embodiment of the invention, each sensor 80 has its own Internet Protocol (IP) address and is addressed accordingly.

センサ80はまた、当該センサ80を作動させ、かつその管理を実行するプロセッサ84をも含む。センサ80はメモリ手段86を含む。メモリ手段86は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読出し専用メモリ(ROM)、電気的消去可能なプログラマぶるROM(EEPROM)等のような様々な種類のメモリを含む。RAMは、計算中にデータ格納のため、およびタイムスタンプ記録(プロセッサ84または別のセンサ80から、伝達または中継される)のために使用される。ROMは初期化コード、始動シーケンス等を含む。EEPROMは演算アルゴリズム、テーブル、センサ識別等を含むことができる。EEPROMデータは通信インタフェース21を介して受け取ることができる。   The sensor 80 also includes a processor 84 that activates the sensor 80 and performs its management. Sensor 80 includes memory means 86. Memory means 86 includes various types of memory such as random access memory (RAM), read only memory (ROM), electrically erasable programmer ROM (EEPROM), and the like. The RAM is used for data storage during calculations and for time stamp recording (transmitted or relayed from the processor 84 or another sensor 80). The ROM includes an initialization code, a startup sequence, and the like. The EEPROM can include arithmetic algorithms, tables, sensor identification, and the like. The EEPROM data can be received via the communication interface 21.

センサ80への電力は電源82によって提供される。電源82は再充電可能なバッテリを含むことができる。バッテリは接触または無接触(例えばRFを介して)方式で再充電することができる。直接ケーブル給電による電力供給も選択肢として可能である。   Power to the sensor 80 is provided by a power source 82. The power source 82 can include a rechargeable battery. The battery can be recharged in a contact or contactless (eg, via RF) manner. Power supply by direct cable feeding is also possible as an option.

任意ではあるが、センサ80は、電子ジャイロスコープまたはグローバル測位システム(GPS)受信機のような位置決め回路(図示せず)を含むこともできる。   Optionally, sensor 80 may also include a positioning circuit (not shown) such as an electronic gyroscope or a global positioning system (GPS) receiver.

本発明の実施形態では、ハウジング104は三つの部分を含む。ハウジング104は、その全てのコンポーネントを外部要素から保護するために密封される。第一部分106はバッテリおよび電源調整回路を保持する。第二部分108は、要素84ないし100のみならず位置決め回路(図示せず)をも保持する。第三部分110は通信回路102を保持する。部分110の表面は導電性であり、それによって通信回路102を電磁干渉(EMI)から保護する電磁障壁を提供する。   In an embodiment of the invention, the housing 104 includes three parts. The housing 104 is sealed to protect all its components from external elements. The first portion 106 holds a battery and a power conditioning circuit. The second part 108 holds not only the elements 84 to 100 but also the positioning circuit (not shown). The third part 110 holds the communication circuit 102. The surface of portion 110 is electrically conductive, thereby providing an electromagnetic barrier that protects communication circuit 102 from electromagnetic interference (EMI).

本発明を以上にその好適な実施形態に関して説明したが、本発明は、特許請求の範囲に規定する発明の精神および性質から逸脱することなく、変形することができる。   Although the invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, the invention can be modified without departing from the spirit and nature of the invention as defined in the appended claims.

Claims (26)

エネルギパルスを表面に伝達するためのエネルギインパルス発生器であって、前記発生器は通信インタフェースを介してコンピューティング手段とメッセージを交換し、前記発生器が、
ハウジングと、
前記ハウジング内の少なくとも静止位置とラッチ位置と衝撃位置の間に可動に取り付けられた衝撃アセンブリであって、それによって前記衝撃位置で前記衝撃アセンブリが前記エネルギパルスを前記表面に伝達するように構成された衝撃アセンブリと、
前記衝撃アセンブリに取り付けられたエネルギ蓄積手段であって、それによって前記ラッチ位置で前記エネルギ蓄積手段が指定された量のエネルギを前記衝撃アセンブリに放出して、前記指定された量のエネルギの放出後に、前記衝撃アセンブリが前記ラッチ位置から前記衝撃位置に移動し、次いで前記静止位置に戻るように構成されたエネルギ蓄積手段と、
前記コンピューティング手段の制御下で前記衝撃アセンブリを解放可能にラッチするための、前記ハウジング内に取り付けられた解放機構と、
を含み、
前記コンピューティング手段が前記衝撃アセンブリへの前記指定された量のエネルギの放出を制御
前記解放機構が、前記衝撃アセンブリと接触しかつラッチ位置とアンラッチ位置との間で可動なラッチをさらに含み、
前記ラッチが、前記エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネルギを監視するために、歪み測定装置および加速度メータの少なくとも一つをさらに含む、エネルギインパルス発生器。
An energy impulse generator for transmitting energy pulses to a surface, wherein the generator exchanges messages with computing means via a communication interface, the generator comprising:
A housing;
An impact assembly movably mounted between at least a stationary position, a latch position, and an impact position within the housing, wherein the impact assembly is configured to transmit the energy pulse to the surface at the impact position. Impact assembly;
Energy storage means attached to the impact assembly, whereby the energy storage means releases a specified amount of energy to the impact assembly at the latched position, after the specified amount of energy is released. Energy storage means configured to move the impact assembly from the latched position to the impact position and then return to the rest position;
A release mechanism mounted within the housing for releasably latching the impact assembly under control of the computing means;
Including
The computing means controlling the release of energy of the specified amount to the impact assembly,
The release mechanism further includes a latch in contact with the impact assembly and movable between a latched position and an unlatched position;
An energy impulse generator, wherein the latch further comprises at least one of a strain measuring device and an accelerometer for monitoring energy stored in the energy storage means .
前記ハウジング内に取り付けられ、前記指定された量のエネルギを前記エネルギ蓄積手段に提供する電源装置をさらに含む、請求項1に記載の発生器。   The generator of claim 1, further comprising a power supply mounted within the housing and providing the specified amount of energy to the energy storage means. 前記コンピューティング手段が前記電源装置を制御し、それによって前記指定された量のエネルギを制御する、請求項2に記載の発生器。   The generator of claim 2, wherein the computing means controls the power supply, thereby controlling the specified amount of energy. 前記電源装置がモータアセンブリを含む、請求項3に記載の発生器。   The generator of claim 3, wherein the power supply includes a motor assembly. 前記モータアセンブリが空気モータ、油圧モータ、電気モータ、および機械的モータの少なくとも一つを含む、請求項4に記載の発生器。   The generator of claim 4, wherein the motor assembly includes at least one of a pneumatic motor, a hydraulic motor, an electric motor, and a mechanical motor. 前記解放機構が、前記ラッチの移動を制御するために前記ラッチに取り付けられたソレノイドをさらに含む、請求項1に記載の発生器。 The generator of claim 1, wherein the release mechanism further comprises a solenoid attached to the latch to control movement of the latch . 前記エネルギ蓄積手段がバイアス手段を含む、請求項に記載の発生器。 The generator of claim 1 , wherein the energy storage means includes biasing means . 前記バイアス手段がばねを含む、請求項7に記載の発生器。 The generator of claim 7, wherein the biasing means comprises a spring . 前記衝撃アセンブリが主軸部材上に取り付けられた衝撃ヘッドを含み、前記ばねが前記衝撃ヘッドと前記ハウジングとの間に取り付けられた、請求項に記載の発生器。 The generator of claim 8 , wherein the impact assembly includes an impact head mounted on a main shaft member, and wherein the spring is mounted between the impact head and the housing . 前記発生器を前記表面に取り付けるために前記ハウジングに取り付けられた取付手段をさらに含む、請求項1に記載の発生器。 The generator of claim 1 , further comprising attachment means attached to the housing for attaching the generator to the surface . 前記取付手段がねじ具、接着剤、錘、磁性体装置、および爆薬駆動型固定手段の少なくとも一つを含む、請求項10に記載の発生器。 The generator according to claim 10, wherein the attachment means includes at least one of a screw, an adhesive, a weight, a magnetic body device, and an explosive drive type fixing means . 前記衝撃アセンブリが主軸部材上に取り付けられた衝撃ヘッドを含、請求項に記載の発生器。 The shock assembly including an impact head mounted on the main shaft, generator of claim 1. 前記ハウジング内に装着された発生器通信手段であって、前記通信インタフェースを介して前記コンピューティング手段とメッセージを交換するための通信手段をさらに含む、請求項1に記載の発生器。 The generator of claim 1, further comprising generator communication means mounted in the housing for exchanging messages with the computing means via the communication interface . 前記通信手段がアンテナおよび光学トランスデューサの少なくとも一つを含む、請求項13に記載の発生器。 The generator of claim 13, wherein the communication means comprises at least one of an antenna and an optical transducer . 前記ハウジングが、前記通信手段を電磁干渉から実質的に遮蔽するための導電性表面を含む、請求項14に記載の発生器。 The generator of claim 14 , wherein the housing includes a conductive surface for substantially shielding the communication means from electromagnetic interference . 前記エネルギ蓄積手段によって放出されたエネルギの実際の量を監視するために、前記ハウジング内に取り付けられた制御回路をさらに含む、請求項1に記載の発生器。 The generator of claim 1, further comprising a control circuit mounted within the housing to monitor the actual amount of energy released by the energy storage means . 前記コンピューティング手段の制御下で前記衝撃アセンブリを解放可能にラッチするために、前記ハウジング内に取り付けられた解放機構をさらに含む、請求項に記載の発生器。 4. The generator of claim 3 , further comprising a release mechanism mounted within the housing for releasably latching the impact assembly under control of the computing means . 前記電源装置および前記解放機構の少なくとも一つに、それらを制御しかつ管理するために接続されたプロセッサをさらに含む、請求項17に記載の発生器。 The generator of claim 17, further comprising a processor connected to at least one of the power supply and the release mechanism to control and manage them . 前記解放機構が、前記エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネルギを監視するための歪み測定装置をさらに含む、請求項18に記載の発生器。 The generator of claim 18 , wherein the release mechanism further comprises a strain measurement device for monitoring the energy stored in the energy storage means . 前記エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネルギのサンプリングおよび前記プロセッサの動作のための命令の少なくとも一つを格納するために、前記プロセッサに接続されたメモリ手段をさらに含む、請求項19に記載の発生器。 20. The generator of claim 19 , further comprising memory means connected to the processor for storing at least one of instructions for sampling of energy stored in the energy storage means and operation of the processor . . 前記メモリが前記発生器の一意の識別子を格納する、請求項20に記載の発生器。 The generator of claim 20, wherein the memory stores a unique identifier of the generator. 前記エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネルギのサンプリングおよび前記プロセッサの動作のための命令の少なくとも一つを格納するために、前記プロセッサに接続されたメモリ手段をさらに含む、請求項18に記載の発生器。 19. The generator of claim 18 , further comprising memory means connected to the processor for storing at least one of an instruction for sampling of energy stored in the energy storage means and operation of the processor . . 前記メモリが前記発生器の一意の識別子を格納する、請求項22に記載の発生器。 23. The generator of claim 22, wherein the memory stores a unique identifier for the generator. 前記発生器が他の装置と連絡している、請求項23に記載の発生器。 The generator you are communicating with another device, generator of claim 23. 前記プロセッサ手段に接続された位置決め回路をさらに含む、請求項18に記載の発生器。 The generator of claim 18 , further comprising a positioning circuit connected to the processor means . 前記位置決め回路がジャイロスコープおよびグローバル測位システムの少なくとも一つを含む、請求項25に記載の発生器。 26. The generator of claim 25, wherein the positioning circuit includes at least one of a gyroscope and a global positioning system .
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